package com.berchen.算法.克鲁斯卡尔算法;

import java.util.*;

/**
 * 克鲁斯卡尔算法
 * 思想：按照权值从小到大选择n-1条边，并且保证这n-1条边不构成回路。
 *
 * 做法：首先构造一个只含有n个顶点的森林，然后依权值从小到大从连通图中选择边加入到森林中，并使森林中不产生回路，直至森林变成一棵树为止。
 */
public class Kruskal {

    private int edgeNum;    // 边
    private char[] vertex;// 顶点
    private int[][] matrix; // 邻接矩阵
    // 用INF表示两个顶点不能连通
    private static final  int INF=Integer.MAX_VALUE;


    public static void main(String[] args) {
        char[] vertex={'A','B','C','D','E','F','G'};
        int [][] matrix={
                {0, 12, INF, INF, INF, 16, 24},
                {12, 0, 10, INF, INF, 7, INF},
                {INF, 10, 0, 3, 5, 6, INF},
                {INF, INF, 3, 0, 4, INF, INF},
                {INF, INF, 5, 4, 0, 2, 8},
                {16, 7, 6, INF, 2, 0, 9},
                {14, INF, INF, INF, 8, 9, 0},
        };
        Kruskal kruskal = new Kruskal(vertex, matrix);
        kruskal.showGraph();

        System.out.println(Arrays.toString(kruskal.getResult()));
        /*EData[] edages = kruskal.getEdages();
        System.out.println(Arrays.toString(edages));
        kruskal.sortEdges(edages);  // 排序
        System.out.println(Arrays.toString(edages));*/
    }

    public Kruskal(char[] vertex, int[][] matrix) {
        this.vertex = vertex;
        this.matrix = matrix;
        // 统计有效边
        for (int[] hang : matrix) {
            for (int value : hang) {
                if (value != INF && value != 0) {
                    edgeNum++;
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 显示图
     */
    public void showGraph() {
        System.out.print("   ");
        for (char c : vertex) {
            System.out.printf("%10c\t", c);
        }
        System.out.println();
        int count = 0;
        for (int[] i : matrix) {
            System.out.print(vertex[count++] + "  ");
            for (int value : i) {
                System.out.printf("%10d\t", value);
            }
            System.out.println();
        }
    }

    /**
     * 对 边进行排序处理 冒牌排序
     *
     * @param edges
     */
    private void sortEdges(EData[] edges) {
        for (int i = 0; i < edges.length - 1; i++) {
            boolean flag = false;
            for (int j = 0; j < edges.length - i - 1; j++) {
                if (edges[j].weight > edges[j + 1].weight) {
                    EData temp = edges[j];
                    edges[j] = edges[j + 1];
                    edges[j + 1] = temp;
                    flag = true;
                }
            }
            if (!flag) {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 获取顶点对对应的索引
     *
     * @param ch
     * @return
     */
    private int getPosition(char ch) {
        for (int i = 0; i < vertex.length; i++) {
            if (ch == vertex[i]) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 获取边的集合  需要遍历该数组
     *
     * @return
     */
    private EData[] getEdages() {
        List<EData> list = new ArrayList<>();
        int index = 0;
        for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
            // 遍历  永远是小顶点 ->大顶点
            for (int j = i + 1; j < matrix[i].length; j++) {
                if (matrix[i][j] != INF) {
                    list.add(new EData(vertex[i], vertex[j], matrix[i][j]));
                }
            }
        }
        return list.toArray(new EData[0]);
    }


    /**
     * 获取最小生成树 的所有边
     *
     * @return
     */
    public EData[] getResult() {

        int ends[] = new int[edgeNum];   // 用于保存已有生成树的顶点的索引
        EData[] result = new EData[vertex.length - 1];  // 保存最小生成树
        int resultIndex = 0;// 结果数组的索引
        int index = 0;    // 边的索引 通过这个找到最小的边

        // 获取所有的边
        EData[] edages = getEdages();
        sortEdges(edages);  // 排序（从小到大）
        while (resultIndex<result.length) {

            // 找到最小的边
            EData temp = edages[index++];
            int p1 = getPosition(temp.start);
            int p2 = getPosition(temp.end);

            // 判断是否构成回路
            int m = getEnd(ends, p1);
            int n = getEnd(ends, p2);
            if (m != n) {   // 两个顶点的 终点不是同一个 就不是回路
                // 将该边 加入到结果数组中
                result[resultIndex++] = temp;
                ends[m] = n;  // 设置m 在已有的最小生成树中的终点
            }
        }
        return result;
    }

    /**
     *
     *
     * 0 0 0 0 0 0 0 0      这里数组保存的值就是该数组的索引
     * 知道ends[i]=0 的时候 这个时候的i就是顶点的重点
     * A-B
     * 1 0 0 0 0 0 0 0  ends[ends[0]]=ends[1]=0  所以A的终点为B 1
     * B-F
     * 1 5 0 0 0 0 0 0  ends[ends[ends[0]]]=ends[ends[1]]=ends[5]=0  所以 B的终点为F 5
     * 获取下标为i的顶点的终点(),用于判断两个顶点的终点 是否相同
     *
     * @param ends 记录了各个顶点对应的终点的索引，这个ends是逐步生成的
     * @param i    传入的顶点对应的下标
     * @return 返回的就是 下标为i的这个顶点对应的终点的下标
     */
    private int getEnd(int[] ends, int i) {
        while (ends[i] != 0) {
            i = ends[i];
        }
        return i;
    }

}

/**
 * 边类
 */
class EData {
    char start; // 边的起点
    char end;   // 边的终点
    int weight; // 边的权值

    public EData(char start, char end, int weight) {
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.weight = weight;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "EData{   " + start +
                " --> " + end +
                " , " + weight +
                "   }";
    }
}
